Micropilotes Descripción.

 

Artículo Publicado en Revista Vivienda por el Ingeniero Cristian Diez.

Definición

Los micropilotes o minipilotes son pilotes perforados de muy pequeño diámetro, generalmente menor a 30 cm, en los que la carga es tomada en su totalidad por la armadura y transferida al suelo principalmente por fricción a lo largo de del fuste. Si su aplicación es estrictamente a tracción suele llamarse anclaje-, clavo- o perno de suelo.

Sus componentes principales son:

Las aplicaciones más típicas en las que se emplean los micropilotes son:

• recalce de bases existentes.
• anclaje de muros de retención.       
• anclaje de losas de subpresión.    
• estabilización de taludes.
• cimentación indirecta.

Como método de cimentación indirecta, los micropilotes pueden reemplazar a los pilotes convencionales, ya sea hincados o perforados, trasladando las cargas a los estratos competentes (SPT N₃₀>10), y su elección se debe en general a dos factores: economía o restricción de espacio.

Las principales ventajas se resumen en:

• Similar capacidad de carga a tracción que a compresión
• Las longitudes son fácilmente variadas en estratigrafías cambiantes, por lo que se puede ajustar bien la capacidad portante.
• Reducción sustancial del tamaño del cabezal o conexiones simples a estructuras existentes
• Se pueden ejecutar con cualquier ángulo de inclinación 
• Se pueden aplicar diversas tecnologías para la perforación de todo tipo de rellenos, suelos y rocas, pudiendo perforarse estratos alternativos de suelos blandos y compactos
• Equipos muy compactos para la perforación, lo que permite trabajar con severas restricciones de espacio
• Los equipos empleados producen muy bajos niveles de vibración y sonido

También son de aplicación ideal para fundaciones de estructuras sometidas a sobrecargas muy variables como torres de transmisión y mástiles.

Características

Los micropilotes transmiten las cargas al suelo principalmente por fricción del fuste, es por ello que el método de inyección es decisivo en la capacidad de carga final. A compresión, la capacidad portante de la punta también es considerada, verificando que el estrato portante no se vea afectado por punzonamiento.

Dada su esbeltez, solo pueden tomar cargas principalmente axiales, pero los métodos constructivos permiten ejecutar pilotes de las más variadas inclinaciones. Esto permite diseñar cabezales que admiten esfuerzos horizontales.

En general no es necesario verificar un micropilote al pandeo, salvo el caso en que los estratos superiores sean de muy baja resistencia y de grandes espesores.

CLASIFICACIÓN

Debido a la diversidad de tecnologías empleadas, muchas propias a distintos países y/o empresas especializadas, se hace necesario clasificar los micropilotes según varios aspectos: por el tipo de inyección, por el método de perforación, por el tipo de armadura y por su campo de aplicación.

Clasificación por tipo de inyección: (según FHWA)

Tipo A:	colado a presión atmosférica, sin inyección secundaria
Tipo B:	colado a alta presión, sin inyección secundaria
Tipo C:	colado a baja presión, con inyección secundaria global y única
Tipo D:	colado a baja presión, con inyección

secundaria repetitiva y selectiva Clasificación por su aplicación:

• fundación indirecta
• anclajes pasivos
• “soil nailing”
• recalce de fundaciones existentes
• mejoramiento de taludes

Clasificación por método de perforación:

• sin encamisado y sin soporte hidrostático
• sin encamisado con soporte hidrostático
• con encamisado total o parcial

Clasificación por el tipo de armadura:

• armadura convencional
• barras de acero roscadas
• tubos de acero
• barras huecas autoperforantes

DIMENSIONADO

Para el dimensionado de micropilotes se verifican los siguientes aspectos.

• Adherencia entre armadura y lechada
• Sección de acero de la  armadura         
• Fricción entre lechada y suelo          
• Efecto de grupo.
• Estabilidad global del sistema
• Pandeo del micropilote
• Punzonado del suelo por carga de punta

Capacidad de carga del fuste

Los métodos de cálculo de capacidad portante son estrictamente empíricos y dependen fundamentalmente de los métodos constructivos. Los métodos de cálculo más empleados en Argentina se basan en lo propuesto por: Bustamante – Doix, Norma DIN 4128, Ostermeyer ó

Littlejohn (anclajes).

Estos métodos emplean ábacos o dictan valores para la determinación de la tensión de fricción a rotura y los correspondientes coeficientes de seguridad en función del tipo de micropilote y de las características del suelo, por lo que es recomendable hacer ensayos de verificación de la capacidad de carga (generalmente ensayos a tracción).

DIN 4128 – Fricción límite para micropilotes inyectados

Tipo de suelo	Compresión MN/m2	Tracción MN/m2
Gravas medias a gruesas	0.20	0.10
Arenas y arenas con gravas	0.15	0.08
Suelos cohesivos	0.10	0.05

Dimensionado de la armadura

A diferencia de los pilotes, en el caso de los micropilotes la carga es transmitida íntegramente por la armadura, por lo que se debe dimensionar la armadura para resistir la totalidad de la carga con los coeficientes de seguridad del caso.

Debe tenerse en cuenta el efecto de la corrosión en función de la agresividad química del suelo, del tipo de solicitación y de la vida útil del elemento.

Vida Útil	Permanente	Temporal
Solicitación	Comp.	Tracción	Comp.	Tracción
Baja	ηs = 1.75 r ≥ 3 cm DPA : no	ηs = 2.2 r ≥ 3 cm DPA : no	ηs = 1.75 r ≥ 3 cm DPA : no	ηs = 1.75 r ≥ 3 cm DPA : no
Media	ηs = 1.75 r ≥ 3 cm DPA : no	ηs = 1.75 r ≥ 5 cm DPA : si	ηs = 1.75 r ≥ 3 cm DPA : no	ηs = 2.2 r ≥ 5 cm DPA : no
Alta	ηs = 2.0 r ≥ 5 cm DPA : no	ηs = 1.75 r ≥ 5 cm DPA : si	ηs = 1.75 r ≥ 5 cm DPA : no	ηs = 1.75 r ≥ 5 cm DPA : si

ηs: coeficiente de seguridad del acero r: recubrimiento mínimo de lechada DPA: doble protección anticorrosiva

EJECUCIÓN

Los micropilotes son elementos estructurales que requieren el empleo de tecnologías avanzadas por lo que es necesario un control más estricto de la calidad de ejecución. Algunas secuencias de trabajo típicas son:

Perforación	Perforación
Armado	Cementado
Cementado	Armado
Inyección	Inyección

Perforación

El método de perforación elegido debe ser adecuado para todos los estratos de suelo a perforar y para el método de inyección adoptado.

Las tolerancias típicas de desviación con respecto al eje del micropilote en las diferentes normas oscilan entre 1% y 2.5% para micropilotes verticales y entre 2% y 3.5% para pilotes inclinados.

Armadura

Deberá estar provista de centralizadores salvo que el método de instalación garantice el recubrimiento mínimo recomendado. La separación mínima entre barras debe ser de   5 mm.

En caso que sea un micropilote del tipo C o D, se montarán junto a la armadura las mangueras o tubos para la inyección secundaria.

Lechada

Dado que la lechada de cemento puro es inestable, se recomienda el empleo de mezcladoras coloidales para el amasado de la lechada y el empleo de aditivos reductores de agua. Estas mezcladoras logran un mezclado más íntimo en comparación a las mezcladoras tradicionales de paletas, siendo importante la observancia de los tiempos mínimos de mezclado.

Si debe prepararse un volumen importante de lechada, es conveniente el empleo de un tanque agitador para mantener en suspensión la mezcla.

Cementado primario (colado)

El método de llenado debe garantizar la continuidad del fuste y la calidad de la lechada, por lo que la remoción de todo el detrito remanente y del agua o lodo de perforación es indispensable. Esto se obtiene empleando el método de flujo inverso, es decir, llenar la perforación desde el fondo hacia la superficie, lo que se realiza llenando por dentro del tubo de perforación o por medio de una manguera dispuesta junta a la armadura a tal efecto.

En el caso de micropilotes Tipo B, es decir, cementados a presión, se debe garantizar una presión de inyección continua mínima de 5 bar durante la extracción de los tubos o mechas de perforación, por lo que es fundamental la estanqueidad de dichas herramientas.

Cementado secundario

Pasado cierto tiempo se produce un ligero asiento de la columna de cemento por decantación y «sangrado».

Para mantener la calidad del material del fuste se hace necesario entonces tomar dos medidas:

1. perforar siempre desde al menos 50 cm por arriba de la cota inferior del cabezal, tramo que luego será desmochado.
2. completar el tramo superior del fuste introduciendo la manguera de llenado para desplazar con lechada fresca el agua producto del «sangrado».

Inyección secundaria (Pos-inyección)

Este técnica es fundamental en la ejecución de micropilotes ya que es la que permite desarrollar las altas tensiones de fricción y consiste en inyectar lechada de cemento adicional una vez fraguada y/o endurecida la lechada del cementado primario. A tal efecto se disponen tubos o mangueras con un sistema de válvulas anti-retorno, cuyo diseño depende de las tecnologías particulares de cada empresa.

Como los métodos de cálculo de la capacidad de carga son empíricos y están basados en ensayos ejecutados con tecnologías particulares, es muy importante que lo ejecutado sea consistente con el método de cálculo empleado en el diseño. Deben registrarse las presiones y los volúmenes de inyección para verificar el cumplimiento de las hipótesis de dimensionado.